一种输变电工程土方调配优化方法与流程

本发明属于土方调配优化，具体为一种输变电工程土方调配优化方法。

背景技术：

1、在输变电工程建设中，土方工程是变电站场地平整、输电线路塔基施工、进站道路修筑等环节的基础性工程，其调配方案的合理性直接影响工程总投资、建设周期、施工安全及生态环境保护水平。目前，行业内普遍采用的土方调配方法主要存在以下技术问题：

2、传统地形测量多依赖人工全站仪或单一无人机摄影测量，难以同时获取高精度地形数据与地下地质分层信息，导致土方量计算误差普遍在5%-15%之间，复杂地形区域误差更大。且现有方法大多未充分考虑土方压实度、承载力等质量要求，以及生态保护、碳减排、施工时序约束等多维度因素。普遍将变电站与输电线路土方工程割裂处理，未能实现站线一体化土方平衡调配，导致大量土方重复运输和弃土外运。

技术实现思路

1、发明目的：针对背景技技术中指出的问题，本发明提供一种输变电工程土方调配优化方法，能够实现土方精准适配，统筹站区与相邻线路段的资源调度，提升站线整体土方自给率与资源利用效率。

2、技术方案：本发明公开一种输变电工程土方调配优化方法，包括：

3、采集多类工程数据，结合不规则三角网和普通克里金插值方法完成不同分辨率数据的空间配准与多维度属性融合，构建包含地表地形、地下地质分层与土壤物理力学属性的全域数字模型；

4、基于全域数字模型构建自适应疏密格网体系，全域数字模型中的地表高程、地下分层边界、土壤力学属性均挂载到对应格网单元；

5、基于每个格网单元挂载的土壤物理力学属性数据，匹配对应填方场景的换算系数，完成挖方自然方到填方压实方的体积折算并完成土方的分类判定及空间分布，输出土方测算基础数据；

6、基于土方测算基础数据构建输变电工程土方供需分区体系，统计各分区挖填方总量与土方质量参数，对站区不同填方场景建立土方质量匹配关系并设定分级调配规则，完成土方供需分区匹配并完成全域挖填平衡计算；

7、完成土方内部全域挖填平衡计算后，基于各层级剩余的填方缺口与挖方盈余数据，进行站线协同布局，统筹取弃土场服务范围。

8、进一步地，还包括：

9、以分区体系、土方质量匹配规则、站线协同布局方案为基础边界，针对站线一体化土方调配的专属管控要求，从经济成本、环境影响、施工效率、质量安全四个维度构建多目标优化函数，纳入工程对应约束条件，将不同管控区域的管控要求分别转化为禁止性约束与惩罚性约束，形成多目标约束优化模型；

10、针对各分区空间形态特征采用对应编码方式，采用混合智能优化算法求解多目标优化模型，生成pareto最优解集，从解集中筛选综合最优的静态土方调配方案，明确各供需子区间的调配土方量、运输路径、质量等级及施工先后顺序。

11、进一步地，还包括：

12、基于最优的静态土方调配方案，结合输变电工程各分项工程施工进度计划搭建站线协同的施工时序模型，考虑站区场地平整、塔基施工、进站及附属道路修筑的填方窗口期优先级与作业面移交节点，以及运输道路分时使用规则，优化土方开挖、运输、填筑的时间衔接，明确各分区各工序的起止时间窗口与作业面移交时序；在施工时序模型确定的时间窗口与作业节点基础上，设置站线施工资源共享机制，统筹配置站区与相邻线路段的施工机械，采用离散事件仿真技术，模拟不同机械组合、不同调度方案下的施工效率与成本，确定挖掘机、自卸汽车、推土机、碾压机的最优配置数量与动态调度规则。

13、进一步地，还包括：

14、实时采集土方开挖量、填筑量、运输轨迹、地形变化、地质参数及施工进度数据，并将数据映射至孪生模型，设置分级偏差响应机制，并根据偏差等级执行对应调整策略，将调整方案推送至现场终端；

15、所述分级偏差响应机制为三级偏差触发机制，按实际数据与静态土方调配方案的偏差幅度等级，分别对应执行推送预警信息、触发局部增量重优化、触发全域重优化的响应动作。

16、进一步地，多类工程数据包括无人机激光雷达点云、三维地质钻孔数据、塔基原位土工试验数据、bim设计标高及历史工程参数；结合不规则三角网和普通克里金插值方法完成不同分辨率数据的空间配准与多维度属性融合，具体为：

17、先对无人机激光雷达点云数据进行去噪与抽稀处理，处理完成后构建高精度不规则三角网生成地表基础地形曲面，将三维地质钻孔与塔基原位土工试验数据作为离散属性样本点，选取球状变异函数拟合空间相关性，通过普通克里金插值方法生成连续的地下分层属性曲面，每个地下分层对应独立的属性曲面包含土壤类型与物理力学参数；最终以地表基础地形曲面的空间坐标为基准，将地下分层属性曲面的属性值匹配叠加至地表基础地形曲面的地形三角网的对应节点位置，完成不同分辨率数据的空间配准与多维度属性融合；和/或，

18、所述自适应疏密格网体系在集中施工区域采用加密格网，在输电线路走廊以塔基点位为中心进行局部加密，其余区域采用稀疏格网。

19、进一步地，所述土方测算基础数据包括：全域及各格网单元的挖方自然方量与填方压实方量、挖填方区域的空间边界与分布位置、各地块土方的质量参数与三类土方类型的分类结果、对应四类填方场景的分级体积换算系数集；所述各地块土方的质量参数包括地基承载力、颗粒级配、有机质含量、湿陷性、冻胀敏感性，三类土方类型包括可直接利用土方、需改良土方、不可利用弃土；所述四类填方场景包括站区构筑物地基、站区普通场地、塔基基础、道路路基场景。

20、进一步地，所述输变电工程土方供需分区体系包括全域、大区、子区三级供需分区体系，其中一级为输变电工程全域统筹单元，二级划分为站区、输电线路走廊、进站及附属施工道路三大分区；三级分区中，站区划分为多个场地平整分块，线路走廊按耐张段划分为多个子段，单基塔基作为独立调配单元；

21、基于各三级子区的挖方量、填方量，以及地基承载力、颗粒级配、有机质含量、湿陷性、冻胀敏感性五类土方质量参数，对应站区建构筑物地基、站区普通场地、塔基基础、道路路基四类填方工程的质量要求，建立土方质量匹配矩阵，以全域全部三级挖方子区为矩阵行维度、全部三级填方子区为矩阵列维度，矩阵内每个元素对应一组挖方子区与填方子区的土方质量两两总匹配度；两两总匹配度通过逐项计算五类土方质量参数的单项匹配度，再按预设权重加权求和的方式计算得到。

22、按三级子区、二级大区、一级全域的顺序逐层级开展挖填平衡计算，单个层级内先完成同质量等级土方的供需对接，再处理跨等级调配需求；子区计算完成后，将剩余挖方盈余与填方缺口统一归集至所属二级大区，在大区范围内完成二次平衡，仍存在的盈余与缺口最终归集至全域层面统筹调配。

23、进一步地，针对站线输变电工程土方供需分区体系的空间形态特征采用分区混合编码策略，其中站区面状网格排布的块状空间特征采用网格编码，线路走廊线性顺序排列的带状空间特征，即线路耐张段采用顺序编码；

24、站区分块的网格编码采用定长分段编码结构，编码总长度与三级平整分块的总数量一致，每一位编码包含3个连续数据段，分别对应分块土方调出量占比、土方调入量占比、土方质量等级，质量等级按可直接利用、需改良、不可利用三类分别编码为1、2、3；

25、线路耐张段的顺序编码采用排列式编码，编码长度与线路耐张段内的独立塔基单元数量一致，编码排列顺序对应土方调配的运输先后次序与路径走向，编码元素为对应塔基单元的编号。

26、进一步地，混合智能优化算法求解多目标优化模型时，采用融合自适应遗传算法全局搜索能力与模拟退火算法局部寻优能力的混合智能优化算法，具体分为全局搜索与局部寻优两个层级：

27、先通过自适应遗传算法完成种群迭代进化，生成初代非支配解集；再将初代解集的每个个体作为初始解，输入模拟退火算法执行局部邻域搜索，更新非支配解集后返回遗传算法迭代流程，直至达到预设迭代次数或收敛阈值；

28、设置自适应交叉概率与变异概率，设置禁忌搜索机制，自适应交叉概率与变异概率随进化代数与种群适应度方差动态调整，禁忌搜索机制以各子区间调配量组合向量为禁忌对象，禁忌表采用队列式存储结构，禁忌长度设为6代；当禁忌表内个体的目标函数值优于当前全局最优解时，触发特赦规则，将个体移出禁忌表并纳入下一代种群。

29、求解生成pareto最优解集，采用组合赋权法结合topsis法筛选综合最优静态土方调配方案，明确各供需子区间的调配土方量、运输路径、质量等级及施工先后顺序。

30、有益效果：

31、1、本发明集成了多类参数，构建全域数字模型，采用不规则三角网与克里金插值融合算法完成多分辨率数据的配准拼接，能够实现数据的精准配准，解决了激光雷达点云、地质钻孔、土工试验等多源数据空间基准不统一、分辨率不一致的问题，生成同时承载地表高程、地下地质分层、土壤物理力学属性的统一全域数字模型，为后续所有计算提供统一的空间坐标与属性数据源。自适应疏密格网体系是差异化计算载体，兼顾计算效率与全域土方量测算精度，它在已完成配准融合的数字模型之上，按工程重要性划分不同精度的格网单元，将连续的空间曲面离散为可计算的网格，并把融合后的高程、地质、土壤属性逐一挂载到对应格网单元，实现 “全域覆盖、重点区域加密” 的精准算量，是土方量计算的执行单元。本发明输变电工程土方体积换算系数库目的是体积换算与质量分类的参数依据。它基于每个格网单元挂载的土壤类型、含水率等属性数据，匹配对应填方场景的换算系数，完成挖方自然方到填方压实方的体积折算，还可以依托格网内的土工参数阈值，完成三类土方（可直接利用、需改良、不可利用）的分类判定，输出精细化的土方质量结果。本发明在此基础上划分了三级供需分区体系，基于五类土方质量参数构建质量匹配矩阵，通过区内优先、逐级扩展的调配规则与分级质量匹配阈值实现土方精准适配，同步优化站线协同的取弃土场服务范围，统筹站区与相邻线路段的资源调度，提升站线整体土方自给率与资源利用效率。

32、2、本发明还构建涵盖经济成本、环境影响、施工效率、质量安全四个维度的多目标优化函数，采用融合自适应遗传算法与模拟退火算法的混合智能优化算法，适配站线分区采用分区混合编码策略，搭配自适应参数、禁忌搜索机制与历史工程初始种群，求解生成pareto最优解集并筛选综合最优静态方案。

33、3、本发明针对输变电工程 “站线分离、作业面分散、分项工程填方窗口期交错”的专属场景配套搭建了站线协同施工时序模型，核心以关键路径法为基础逻辑，适配站线多分区协同作业的特征，优化土方作业各环节时间衔接，行业常规的土方施工时序模型多针对单一集中工区设计，仅统筹单一场地内的工序衔接；而本模型需要同时覆盖站区、线路走廊、进站道路三类空间形态、施工节奏完全不同的分区，核心作用是把静态调配方案的空间供需关系，拆解匹配到各分项工程的进度节点上，明确各分区土方开挖、运输、填筑的起止时间窗口，以及作业面移交、道路分时使用的时序规则，是衔接静态方案与动态施工的专属时间框架。

34、4、本发明通过实施采集数据映射到孪生模型中，完成物理施工场景与数字孪生模型的实时数据映射与状态同步；建立的三级偏差触发响应机制，可以按实际数据与静态方案的偏差等级，分别执行预警提示、局部增量重优化或全域重优化。

35、5、本发明还将孪生模型的调整结果通过移动端同步推送至管理与作业终端。系统配套ar可视化辅助功能，可直观展示调配边界、土方参数与运输路线，针对输电线路分散施工特征支持单基塔基独立动态修正；工程完工后采集全周期实际施工数据，从多维度开展站线一体化效能评估，构建结构化案例知识库存储不同场景下的最优方案与关键参数，通过机器学习挖掘历史数据持续优化模型参数，配套场景化知识推理机制实现经验复用与偏差自动溯源。